Toningenieur-Projekt

Kompression von kopfbezogenen Impulsantworten mit Kugelharmonischen

Die kopfbezogenen Impulsantworten erlauben uns bei der Kopfhörerwiedergabe Schallsignale an den jeweils zugeordneten Richtungen außerhalb des Kopfes hörbar zu machen. Nun umfasst ein sehr genau aufgenommener Satz von kopfbezogenen Impulsantworten riesige Mengen an Information, im besten Fall mit einer Rasterung von 1° in der Frontalrichtung. Ziel der Projektarbeit ist, eine möglichst genaue Zerlegung der kopfbezogenen Impulsantworten zu erarbeiten, die einige Vorzüge der Zerlegung in Kugelharmonische nützt. Insbesondere ist dabei interessant, ein besonderes Augenmerk auf Datenreduktionsmöglichkeiten zu legen, da die kopfbezogenen Impulsantworten selbst leichte Symmetrien aufweisen. So ist es zum Beispiel möglich, Symmetrien zwischen linkem und rechtem Ohr heranzuziehen, um auf die halbe Datenmenge bei der Verarbeitung der Impulsantworten zu kommen. Um die Verluste auszugleichen etwa, können von der Symmetrie abweichende Anteile getrennt, und mit kleiner Wortbreite gerechnet werden. Des weiteren bieten die Laufzeiten zwischen den beiden Ohrsignalen Einsparungspotential, das untersucht werden kann. Die Projektarbeit soll eine wichtige Frage klären: gibt es aufgrund der Symmetrien (und der schwächer ausgeprägten Abweichungen davon) noch ungenützte Möglichkeiten, bei der Erzeugung virtueller Welten mit Kopfhörern Rechenleistung zu sparen?

Vorkenntnisse: MATLAB / Spherical Harmonics

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Franz Zotter zotter@iem.at oder Hannes Pomberger pomberger@iem.at

Analyse von "Ursignalen" und "Abstrahlungsfiltern" aus Mikrofonkugelaufnahmen

Das IEM besitzt neben wenigen anderen Institutionen eine kugelförmige Mikrofonanordnung zur gleichzeitigen Aufnahme des Direktschalls von Instrumenten in einer Vielzahl an Richtungen. Trotz einer Reihe sinnvoller Signalzerlegungen und Analysemethoden für diese Aufnahme, und der Möglichkeit, abgestrahlte Direktsignale einfach in frei einstellbarer Abstrahlungsrichtung abzhören, fehlt noch ein interessanter Schritt.
Das primäre Ziel der Projektarbeit lässt sich als interessante Frage stellen: Ist es möglich, die 64 Mikrofonsignale zu einem Mono-Signal zusammenzuführen, welches die Klangbestandteile aller Richtungen gleichmäßig vertritt? - Wie geht das, ohne Interferenzen zu erzeugen?
Signalenergie kann immer interferenzfrei summiert werden, so auch, wenn sie frequenzselektiv summiert wird. Allerdings geht beim Überlagern spektraler Energien die Phaseninformation verloren und damit die zeitliche Anordnung der Klangkomponenten im Signal. Werden zusätzlich zu den Energien auch zugehörige (abgewickelte) Phasen überlagert, ergäbe sich dann ein Signal, das interferenzfrei ist? Bei Erfolg, wollen dieses Signal das "Ursignal" nennen. Es ermöglicht folgenden Schritt:
Wenn sämtliche Information über den Instrumentalklang darin enthalten ist, können daraus auch alle Mikrofonsignale wieder durch Filterung hergestellt werden. Wir können diese Filter "Abstrahlungsfilter" nennen.
Ziel der Projektarbeit: Berechnung eines möglichst gut klingenden Ursignales mit spektraler Signalverarbeitung und Modellierung der Abstrahlungsfilter mit einfachen Mitteln der adaptiven Signalverarbeitung.

Vorkenntnisse: MATLAB / Signalverarbeitung

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Franz Zotter zotter@iem.at

Versuchsaufbau für Hörversuche zu Phantomschallquellen

Typische Phantomschallquellen entstehen aus Lautsprecherpaaren, mit welchen ein unterschiedlich (positiv) gewichtetes Signal wiedergegeben wird. Dazu gibt es auch sehr genaue Hörversuche, deren Ergebnisse trotz ihres Alters nach wie vor Stand der Technik sind. Dennoch lassen die Hörversuche nicht immer Rückschlüsse zu auf Situationen, in welchen mehrere Lautsprecher als 2 (oder bei VBAP 3) gleichzeitig bespielt werden.
Die Fragestellungen dieser Projektarbeit lassen sich deswegen sehr einfach formulieren: Mit welchem möglichst einfachen Versuchsaufbau an Lautsprechern lassen sich sinnvolle Hörversuche durchführen, aus welchen die wahrgenommenen Quellbreite und die Richtung der wahrgenommenen Phantomschallquelle mit mehr als 3 aktiv bespielten Lautsprechern hervor geht? Wie werden die Fragen des Hörversuches aussehen? Und gibt es ein Ergebnis, dass letztlich weiter verallgemeinert werden kann und einfache objektive Schätzmaße objektiviert? Als Infrastruktur stehen bis zu 16 kleine Lautsprecher mit Verstärkung zur Verfügung, die räumlich geeignet angeordnet werden sollen. Die Arbeit umfasst die konstruktive Planung und Umsetzung eines nachhaltig geeigneten Versuchsaufbaues, die Umsetzung der Ansteuerung und eins geeigneten parametrisierbaren Verfahrens in PD und einen kleinen Hörversuch zur Bewertung der Ergebnisse.

Vorkenntnisse: MATLAB / PD

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Matthias Frank frank@iem.at

Verallgemeinerter Amplitudenpanningansatz mit optimierter Quellbreite

Als Amplitudenpanning wird die Verteilung eines unterschiedlich gewichteten Signals zur Ansteuerung von Lautsprechern bezeichnet. Das angestrebte Ziel ist dabei, die Wahrnehmung einer "Phantomschallquelle" bei Zuhörern zu bewirken. Diese Quelle existiert zwar physikalisch nicht, wird aber unter einem bestimmten Winkel mit bestimmten Ausdehnung wahrgenommen. Vorteil von Amplitudenpanning ist, dass es vergleichsweise robust gegenüber der Verschiebung des Abhörplatzes ist und mit relativ wenig Geräten funktioniert.
Paarweises Amplitudenpanning zwischen je zwei Lautsprechern ist aus der Stereophonie oder dem "pair-wise"-Panning (5.1) bekannt und gut untersucht, auch seine Verallgemeinerung von auf 3 im Dreieck angeordneter Lautsprecher (VBAP). Durch Auswahl von je 3 bestgeeignetsten Lautsprecher aus vielen, kann VBAP auch zur Bespielung beliebiger Lautsprecheranordnungen eingesetzt werden. Jedoch erscheint die Phantomschallquelle aus der Richtung eines Lautsprechers eine schmälere Quellbreite als andere und bewegte Quellen können plötzliche, hörbare Wechsel der Lautsprecherauswahl hervorrufen. Diese Projektarbeit soll eine Alternative dazu suchen, viel direkter ein respektables Ergebnis erreichen soll. Und zwar mit der Fragestellung: Könnte ein Optimierungsansatz mit klaren Nebenbedingungen ein wesentlich besseres Amplitudenpanning erreichen? Zusätzlich zu den Bedingungen für bekanntes Amplitudenpanning: (1) Gewichte müssen positiv sein (VBAP), (2) Gewichte müssen eine konstanten Lautstärke ergeben (VBAP) und (3) die gewichteten Richtungsvektoren müssen in die Richtung der Phantomschallquelle zeigen (VBAP), lässt sich formulieren, dass: (4) die Quellenbreite nicht zu schmal werden darf und (5) mehrere Lautsprecher spielen dürfen soferne sie keine vorne-hinten-Verwechslung erzeugen.
Auch Varianten des Optimierungszieles sind denkbar, die mit einem möglist allgemeinen Ansatz berechenbar sind und ausprobiert werden sollen. Die Projektarbeit soll ergeben, welche Möglichkeiten in der Praxis nützlich sind.

Vorkenntnisse: MATLAB / PD

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Franz Zotter zotter@iem.at oder Markus Guldenschuh guldenschuh@iem.at

Perception of Sound Source Width as function of speaker area

You will evaluate how perceived sound source width varies as function of the active speaker area. The idea is to vary the location, the number of speakers and the amplitude/phase spatial distribution and investigate if this is related to the perception of sound source size. Your task will be to implement the experimental test-bed and perform psychoacoustic evaluation of the outcome. You should have a strong interest in psychoacoustics and experimentation.

Tasks:
1. Test platform construction
2. Proof of concept experiment
Requirements: Software (30%) Informal Experimentation (50%) Statistics (20%)

There is the possibility that this project can be extended into a Master thesis in the field of psychoacoustics.

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Georgios Marentakis marentakis@iem.at

Evaluation of localization in loudspeaker beam-forming systems

At IEM we have developed a prototype loudspeaker beam-forming system. The system sends two sound beams one into each ear and in this way we can present phantom sources in front of a user. We have experimented with light-weight panning of the speaker beams and trans-aural filtering with HRTF functions.

You will contribute to the development by evaluating the implemented virtual techniques against listening to real sounds in space. You will engage in familiarizing with loudspeaker beam-forming techniques and perform some standard measurements of sound radiation. You will then evaluate localization in the speaker array using panning and the already existing trans-aural implementation.

Tasks:
- Acoustic measurements of acoustic energy distribution
- Evaluation of Localization Accuracy

Requirements: Software(PD/MAX-MSP) (40%), Measurements/Experimentation (30%), Statistical Analyses(30%)

There is the possibility that the project can be extended into a Master thesis in the field of 3D audio interfaces or loudspeaker beam-forming depending on your interests.

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Georgios Marentakis marentakis@iem.at oder Markus Guldenschuh guldenschuh@iem.at

Neues Multi-Touch Spielinstrument mit visuellem Feedback

Typischer Weise sind in der Computermusik, bzw. bei der Verwendung freier Tonskalen zur Erzeugung von Musikstücken die gängigen Musikinstrumente nur beschränkt einsetzbar. Es auch schwer möglich, bei der Verwendung des theoretisch kontinuierlichen Vorrates an Grundtonfrequenzen, musiktheoretische Grundlagen anzuwenden. In dieser Arbeit soll ein Spielinstrument entwickelt werden, das während des Spielens mit quasi-kontinuierlichen Grundtönen aufschlussreiche optische Hinweise auf denkbare Griffkombinationen gibt.

Vorkenntnisse: MATLAB / PD

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Franz Zotter zotter@iem.at

Aufnahme und Wiederherstellung von akustischer Schallabstrahlung

Mit einer kugelförmigen Anordnung von Mikrofonen, die um eine Schallquelle aufgebaut wird, kann der rundum abgegebene Direktschall eines Musikinstruments in einer Vielzahl von Richtungen gleichzeitig aufgenommen werden. Auf diese Weise erfasste holografische Abbilder eines Instruments können mit einer kugelförmigen Anordnung von Lautsprechern an einem anderen Ort wiederhergestellt werden. Ziel der Arbeit ist die Umsetzung einer Signalkette zur direkten Übertragung dieses Abbilds auf eine Kugellautsprecheranordnung. Dazu erforderliche Geräte und Algorithmen werden zur Verfügung gestellt. Neben der Umsetzung sollen im Zuge der Arbeit Tests und Strategien zur Überprüfung und Verbesserung der Signalkette gefunden werden. Als Verbesserungsmöglichkeit soll ein Ansatz zur Reduktion der Auflösung vor der Widergabe über Kugellautsprecher überprüft werden.

Vorkenntnisse: MATLAB / PD

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Franz Zotter zotter@iem.at

Mikrofonanordnung für ambisonische Aufnahme und Holografie

Mit einer Anordnung von Mikrofonen auf einer festen Kugeloberfläche ist es möglich, das komplette einfallende Schallfeld mit endlicher Winkelauflösung aufzunehmen. Ziel dieser Projektarbeit ist die Einarbeitung in die theoretischen Grundlagen für ein solches Mikrofonarray, der Aufbau eines Prototyps und die Umsetzung der dafür benötigten Filter. Die Zielanwendung ist der Einsatz der Mikrofonanordnung als Aufnahmeinstrument für den IEM CUBE.

Vorkenntnisse: MATLAB / PD

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Hannes Pomberger pomberger@iem.at

Repräsentation von 3D-Audio-Szenen in SuperCollider

Zur Realisierung von Immersive Audio-Augmented Environments, wie sie z.B. im Projekt LISTEN realisiert wurden (http://listen.imk.fhg.de), soll in SuperCollider 3 eine Klassenbibliothek zur Repräsentation von 3D-Audio-Szenen entwickelt werden. Dazu gehört die z.B. Repräsentation von verschiedenen Typen von Klangquellen, Interaktionszonen und die Benutzerposition. Die periodische Echtzeitevaluierung eines hierarchischen Szenengraphen liefert dabei die Parameter für das Rendering der Audio-Szene.

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Gerhard Eckel eckel@iem.at

Erweiterung von SuperCollider 3 unter Windows

Im Rahmen des Projekts SonEnvir http://sonenvir.at wird SuperCollider 3 als Entwicklungsplattform für Sonifikationanwendungen verwendet. Sonifikation ist die Repräsentation und Analyse von Daten durch Klang und bietet eine zukunftsweisende Ergänzung zum visuellen Modus. Folgende Erweiterungen sollen für die Windows-Version von SuperCollider 3 entwickelt und werden:
* Portierung von SCUM (GUI-Kit, basierend auf FLTK in C++)
* MouseX/Y Client-Klassen implementieren
* HID-Portierung (für Gamepads und Joysticks)
* MIDI-Anbindung
* externe Abhängigkeiten reduzieren

VORAUSSETZUNG: C++, Entwickungserfahrung unter Windows

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Gerhard Eckel, eckel@iem.at

Produktion von Inhalten für Audio-Augmented Reality Anwendungen

Die auditive Erweiterung von Alltagssituationen durch immersive Audiosysteme ist in den letzten Jahren technisch realisierbar geworden (z.B. EU-Projekt LISTEN, Sonic Landscapes / Lake DSP). Mit getrackten Kopfhörern wird mittels Binauralsynthese eine virtuelle Audioumgebung der realen Umgebung überlagert. Ein Modell der realen Umgebung bildet die Basis für die Synthese eines sich situativ anpassenden Audiolayers. Im Rahmen einer umfassenden Literaturrecherche sollen die existierenden Ansätze sowohl in Hinblick auf die technologische Umsetzung als auch auf ihre potentiellen Anwendungsfelder verglichen werden. Die besonderen Probleme der Produktion von Inhalten für dieses neue Medium sollen untersucht werden und Vorschläge für einen optimalen Workflow erarbeitet werden.

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Gerhard Eckel eckel@iem.at

Physikalische Modellierung mit Foo

Foo http://foo.sf.net ist eine in Scheme und Objective-C realisierte Klangsynthesesprache für Nicht-Echtzeit-Anwendungen. Foo steht für „Synthese ohne Kompromisse“ besonders in Hinblick auf die Qualität der Implementierung der Synthesealgorithmen und deren Steuerung. PMPD (Physical Modeling for PD) ist eine Bibliothek von Objekten für PD zur Simulation des dynamischen Verhaltens von Netzwerken aus Massen und Federn. Die aus der Simulation ableitbaren Signale werden meist als Steuersignale für Klangsynthesealgorithmen verwendet. Die Basismodule von PMPD (mass, link, interactor) sollen nach Foo portiert werden und die Steuerung der Module an die nur auf Signalen basierende Steuerung in Foo angepasst werden.

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Gerhard Eckel eckel@iem.at

OSC–Fernsteuerung über Wireless–LAN mit Handhelds

Zur mobilen Steuerung von OSC-kompatibler Audiosoftware soll ein generischer OSC-Client mit GUI zur Parametereingabe entwickelt werden, der auf Handhelds (z.B. Sharp Zaurus oder Compaq iPaq) läuft. Die OSC-Nachrichten sollen je nach Nachrichtentyp über TCP/IP (Konfigurationsnachricht) oder UDP (Echtzeitaktualisierung) via Wireless-LAN an das zu steuernde Programm übermittelt werden. Typische Einsatzgebiete sind Situationen, in denen man von einer bestimmen Abhörposition im Raum eine Einstellung eines DSP-Systems verändern möchte um die Auswirkungen direkt an Ort und Stelle beurteilen zu können (z.B. Produktion und Einrichten von Klanginstallationen, Feinabstimmung von Beschallungsanlagen, als Performance-Interface – Beispiel: http://www.grenzenlosefreiheit.de . Eine parallele Verwendung mehrerer Fernsteuerungen soll möglich sein (Server zur Verteilung der Parameterupdates).

1 Person, 6-SSt.
InteressentInnen bitte melden bei: Gerhard Eckel eckel@iem.at